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1、实验描绘小灯泡的伏安特性曲线,自主学习 一、实验原理 1用电流表测出流过小灯泡的电流，用电压表测出小灯泡两端的电压，测出多组(U、I)值，在UI坐标系中描出各对应点，用平滑的曲线将这些点连接起来，就得到小灯泡的 .,伏安特性曲线,2小灯泡(3.8V,0.3A)的电阻很小，当它与电流表(00.6A)串联时，电流表的分压影响很大，故为准确描绘出小灯泡的伏安特性曲线，即U、I的值，电流表应采用 ，为使小灯泡上的电压能从0开始连续变化，滑动变阻器应采用 ,外接法,分压式连接,二、实验器材 小灯泡(3.8V,0.3A)或(9V,0.7A)一只，电压表(03V15V)，电流表(00.6A3A)各一只，滑动
2、变阻器(20)一只，学生低压直流电流(或电池组)、开关一只、导线若干、坐标纸、铅笔,三、实验步骤 1按图连接好实验电路 2把滑动变阻器的滑片C调节到 端，经检查无误后，闭合开关S.,A,3移动滑动变阻器滑片位置，测出12组左右不同的电压值U和电流值I，并将测量数据填入表格.,【特别提醒】UI图线在U1.0V左右将发生明显弯曲，故在U1.0V左右测绘点要密，否则将出现很大误差,4在坐标纸上建立一个直角坐标系，纵轴表示电流，横轴表示电压，用平滑曲线将各数据点连接起来，便得到伏安特性曲线 5整理实验器材,深化拓展 一、实验注意事项 1电路的连接方式 (1)电流表应采用外接法：因为小灯泡(3.8V,0
3、.3A)的电阻很小，与00.6A的电流表串联时，电流表的分压影响很大 (2)滑动变阻器应采用分压式连接：目的是使小灯泡两端的电压能从0开始连续变化,2闭合电键S前，滑动变阻器触头应移到使小灯泡分得电压为0的一端，使开关闭合时小灯泡的电压从0开始变化，同时，也为了防止开关刚闭合时小灯泡两端因电压过大而烧坏灯丝 3IU图线在U01.0V左右将发生明显弯曲，故在U1.0V左右绘点要密，以防出现较大误差,4电流表选择0.6A量程，电压表量程的选择视小灯泡的额定电压而定，即使用的若是“3.8V,0.3A”的小灯泡，选用电压表的15V量程；若使用“2.5V,0.6A”的小灯泡，则选用电压表的3V量程 5保
4、持小灯泡的电压接近额定值时要缓慢增加，到额定值，记录I后马上断开开关,6误差较大的点要舍去，IU应是平滑曲线而非折线 7建立坐标系时，纵轴表示电流，横轴表示电压，两坐标轴选取的标度要合理，使得根据测量数据画出的图线尽量占满坐标纸,二、实验误差分析 1由于电压表、电流表不是理想电表，电表内阻对电路的影响会带来误差 2测量时读数带来误差 3在坐标纸上描点、作图带来误差,针对训练 在“描绘小灯泡伏安特性曲线”的实验中，应 ( ) A采用电流表内接法，因为小灯泡的电阻比电压表内阻小得多 B采用电流表内接法，因为小灯泡的电阻比电流表内阻大得多 C采用电流表外接法，因为小灯泡的电阻比电压表内阻小得多 D采
5、用电流表外接法，因为小灯泡的电阻比电流表内阻大得多,解析：由于小灯泡的电阻较小，小灯泡的电阻和电流表的内阻差不多，而比电压表内阻小得多，电压表分流可忽略，故应采用电流表外接法 答案：C,规律方法 1应注意的问题 (1)画出实验电路图 (2)分析各元件连接方式，明确电表量程；,(3)画线连接各元件，一般先从电源正极开始，到开关，再到滑动变阻器等，按顺序以单线连接方式将主电路中要串联的元件依次串联起来，然后再将要并联的元件并联到电路中，即“先串后并” (4)电压表应并联，电流表应串联，且电流应由正接线柱流入，负接线柱流出 (5)变阻器触头的位置应保证电路中用电器安全为原则，即保证加在用电器两端电压
6、合适；,(6)连线不交叉所有连线必须连接到接线柱上 (7)开关必须能控制整个电路，即开关断开后，电源便无电流输出，电路中电压表和电流表均应指零 (8)连好实物图后，再与原电路图进行对照，检查是否正确,2分压电路的连接技巧 在分压电路的实物连线时，可将电路分成两部分进行连接，即先把电源、开关、滑动变阻器连成回路(注意：此回路中与变阻器相连的两根导线应分别接在变阻器电阻线圈两端的两个接线柱上)，然后再将待测电阻、电流表、电压表连成另一电路，最后再将待测电路与变阻器连接，以取得分压在从变阻器上取得分压时，要特别注意应从哪两个接线柱上取得分压，并搞清这两个接线柱电势高低的关系，以防止电流表、电压表的正
7、、负接线柱的误接,【例1】 (2008四川重庆检测)有一个小灯泡上标有“4V,2W”的字样，现在要用伏安法描绘这个小灯泡的IU图线现有下列器材供选用： A电压表(05V，内阻10k) B电压表(015V，内阻20k) C电流表(00.3A，内阻1) D电流表(00.6A，内阻0.4) E滑动变阻器(10，2A) F滑动变阻器(500，1A) G学生电源(直流6V)，开关，导线若干,(1)实验时，选用图(A)而不选用图(B)的电路图来完成实验，请说明理由：_ (2)实验中所用电压表应选用_，电流表应选用_滑动变阻器应选用_(用序号字母表示),(3)把图中所示的实验器材用实线连接成相应的实物电路图
8、,思路点拨,解析 因实验目的是要描绘小灯泡的伏安特性曲线，需要多次改变小灯泡两端的电压，故采用A图所示的分压式电路合适，这样电压可以从零开始调节，且能方便地测多组数据因小灯泡额定电压为4V，则电压表选05V的A而舍弃015V的B.小灯泡的额定电流I0.5A，则电流表只能选D.滑动变阻器F的最大阻值远大于小灯泡的内阻8，调节不方便，电压变化与变阻器使用部分的长度线性关系差，故舍去小灯泡内阻为电流表内阻的 20倍，电压表内阻是小灯泡内阻的 1250倍，故电流表采用外接法,答案 (1)描绘灯泡的IU图线所测数据需从零开始，并要多取几组数据 (2)A D E (3)如图所示,总结提升 本实验中，通常由
9、小灯泡的额定电压选 和电源，额定电流选 ,(2007高考山东理综)检测一个标称值为5的滑动变阻器可供使用的器材如下： A待测滑动变阻器Rx：全电阻约5(电阻丝绕制紧密，匝数清晰可数) B电流表A1：量程0.6A，内阻约0.6 C电流表A2：量程3A，内阻约0.12 D电压表V1：量程15V，内阻约15k,E电压表V2：量程3V，内阻约3k F滑动变阻器R：全电阻约20 G直流电源E：电动势3V，内阻不计 H游标卡尺 L毫米刻度尺 J电键S及导线若干 (1)用伏安法测定Rx的全电阻值，所选电流表为_(填“A1”或“A2”)，所选电压表为_(填“V1”或“V2”) (2)在下面的虚线框中画出测量电
10、路的原理图，并根据所画原理图将图中实物连接成测量电路,解析：(1)因为电源电动势为3V，Rx全电阻约为5，则电流I 0.6A，所以电流表选A1，电压表选V2. (2)滑动变阻器既可以用分压式也可以用限流式，所以有两种连接方案,方案一 分压接法 电路原理图和对应的实物连接图如图所示,方案二 限流接法 电路原理图和对应的实物连接图如图所示 答案：(1)A1 V2 (2)见解析图,【例2】 小电珠灯丝的电阻会随温度的升高而增大，某同学为研究这一现象，利用下列实验器材：电压表、电流表、滑动变阻器(变化范围010)、电源、小电珠、开关、导线若干来设计实验，并通过实验得到如下数据(I和U分别表示小电珠上的
11、电流和电压)：,(1)请在下面的方框中画出实验电路图 (2)在图中画出小电珠的IU曲线,(3)将以上小电珠接到图所示的电路中，若电源电动势E2.0V，内阻不计，定值电阻R5，则此时小电珠的功率是_W.,解析 (1)实验电路图如图甲所示 (2)小电珠的IU曲线如图中乙实线所示,(3)将定值电阻R“等效”为电源内阻的一部分，则E2.0V，rR5，在图实中作出此“等效电源”的IU图线，如图乙中虚线所示，此图线与小电珠的伏安特性曲线的交点坐标值为U0.6V，I0.29A，所以小电珠的功率为：PUI0.60.29W0.174W. 总结提升 (1)对实验原理的考查，一个是对电流表的内、外接法的考查；另一个
12、是对滑动变阻器的分压、限流接法的考查，需要结合题目认真分析，准确判断 (2)利用电源的IU图线与用电器的IU图线可确定两者连接时的工作点,表格中所列数据是测量小灯泡UI关系的实验数据：,(1)分析上表内实验数据可知，应选用的实验电路图是下图中的_(填“甲”或“乙”)；,(2)在下图所示的方格纸内画出小灯泡的UI曲线分析曲线可知小灯泡的电阻随I变大而_(填“变大”、“变小”或“不变”)；,(3)如图所示，用一个定值电阻R和两个上述小灯泡组成串并联电路，连接到内阻不计、电动势为3V的电源上已知流过电阻R的电流是流过灯泡L2电流的两倍，则流过灯泡L2的电流约为_A.,解析：(1)从表中数据可看出，灯
13、泡两端电压可从零调节，这说明滑动变阻器应选用分压接法，故应选用甲图,(2)在方格纸上根据UI数据描点、连线，其UI图象如图所示随U和I的增大，图线上各点与坐标原点连线的切线斜率越来越大，故其电阻变大,(3)因流过电阻R的电流是流过灯泡L2电流的两倍，由并联电路分流特点可知：灯泡电阻为电阻R的两倍，即：R灯2R，则灯泡L2与R的并联电阻R并 R，而灯泡L1的电阻为2R，由串联电路电压分配关系可知：L2灯两端电压为0.75V，L1灯两端电压为2.25V，由UI图象可看出，当U0.75V时，I0.13A. 答案：(1)甲 (2)UI曲线如图 变大 (3)0.13,【例3】 (2007江苏卷)要描绘某
14、电学元件(最大电流不超过6mA，最大电压不超过7V)的伏安特性曲线，设计电路如图图中定值电阻R为1k，用于限流；电流表A量程为10mA，内阻约为5；电压表(未画出)量程为10V，内阻约为10k；电源电动势E为10V，内阻不计,(1)实验时有两个滑动变阻器可供选择： a阻值0200，额定电流0.3A b阻值020，额定电流0.5A 本实验应选用的滑动变阻器是_(填“a”或“b”),(2)正确接线后，测得数据如下表：,根据以上数据，电压表是并联在M与_之间的(填“O”或“P”) 根据以上数据，在下图中画出该元件的伏安特性曲线,(3)在下图中画出待测元件两端电压UMO随MN间电压UMN变化的示意图(
15、无需数值),思路点拨,解析 (1)因E12V，流过b变阻器的电流I A 0.6A0.5A.可排除b项中滑动变阻器，选a.因为 A0.06A0.3A.,(2)从表中数据可估测待测元件的电阻，当U6.16V时,I0.06mA,则R 103krA5， 所以考虑电流表内接，即电压表应并联在M与P之间,描点、连线得伏安特性曲线如图所示,(3)当UMO6V时，电流表所在支路处于断路状态，电压表与R串联，且有UMO UMN，所以UMOUMN图象为倾斜直线当UMO6V时，UMO随UMN的增大而增大，但增幅变小，图线为曲线，UMO随MN间电压UMN的变化如图所示,答案 (1)a (2)P 见解析 (3)见解析 总结提升 解答此类题目时，应根据测量要求和电表的选择原则入手分析,(2009高考福建理综)某研究性学习小组为了制作一种传感器，
